提高機加工效率的方法分析

□ 陳伯仲

寧波盛達陽光自動化科技有限公司 浙江寧波 315504

提高機加工效率是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵,筆者從事機加工管理工作多年,對提高機加工效率的方法進行分析,以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)工藝

在保證使用性能的前提下,零部件結(jié)構(gòu)越簡單越好,同時應(yīng)考慮良好的加工工藝性,以減少加工困難,提高加工效率。

結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要考慮三化設(shè)計,即標準化、系列化和通用化,盡量選用已標準化、系列化的零部件,盡量借用應(yīng)用上已成熟的同類型或相近類型零部件,使設(shè)計出的結(jié)構(gòu)具有良好的繼承性。

在保證零部件使用性能的前提下,應(yīng)盡量降低精度要求,同時盡可能選取加工性能良好的工件材料或通過熱處理技術(shù)能改善加工性能的材料,以降低加工成本,提高加工效率。

零部件設(shè)計時，基準面應(yīng)盡可能考慮在同一平面或同一軸線上,以便加工和測量。為使加工方便,盡量考慮零部件一次裝夾就能加工完成,同時，加工面積越小越好，加工部位越少越好。對于組焊件的機加工,各零部件是先加工好后組焊,還是組焊成總成后統(tǒng)一加工,要根據(jù)組焊件實際功能和具體的機加工設(shè)備決定,以設(shè)計得到合理的結(jié)構(gòu)與加工工藝。

加工工藝的選擇不宜僅局限于機加工本身,而應(yīng)盡可能選用先進的加工方法。對于特種加工，選擇電火花加工鍛模、線切割加工沖模、激光加工深孔等,能大量節(jié)約鉗工工時。對于毛坯成形，采用冷擠壓、熱擠壓、粉末冶金、精密鍛造等工藝，可以提高毛坯零件精度,減小加工余量。采用少切屑、無切屑工藝代替切削工藝,如冷擠壓齒輪、滾壓絲桿等。選用先進的加工方法,以拉削和滾壓代替銑、刨、鉸、磨,以自動化機器人取代傳統(tǒng)人工操作等。

在零部件加工過程中,通過工藝工程師或工業(yè)流程工程師對現(xiàn)場的工藝過程進行流程分析,進行重組、改進與優(yōu)化,以達到優(yōu)化工藝過程、降低加工成本、提高加工效率的目的。

2 使用高效率加工設(shè)備

生產(chǎn)效率依靠設(shè)備保證。高效率生產(chǎn)設(shè)備，如加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控鉆床、激光切割機、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機、數(shù)控剪板機等數(shù)控設(shè)備，以及相配套使用的模具工裝,以高精密度和良好的加工性取代傳統(tǒng)的加工設(shè)備,能極大提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。

專用設(shè)備是專門用來加工某一種零部件的設(shè)備,對于批量生產(chǎn)的零部件,專用設(shè)備提高加工效率的效果尤為顯著。

圖1所示為一款閥體零件,圖2所示為閥體加工設(shè)備,表1為該閥體加工工步,一人操作兩臺專用設(shè)備,產(chǎn)品節(jié)拍為70 s,和采用傳統(tǒng)的加工設(shè)備相比較,生產(chǎn)效率極大提高。

▲圖1 閥體零件▲圖2 閥體加工設(shè)備

表1 閥體加工工步表

圖3所示為一款控制閥閥體,表2為該閥體加工工步,工步二、三、四、五依次如圖4、圖5、圖6、圖7所示，通過數(shù)控車床、加工機與自制專機加工,生產(chǎn)效率極大提高。

▲圖3 控制閥閥體

表2 控制閥閥體加工工步

▲圖4 控制閥閥體加工工步二示意圖▲圖5 控制閥閥體加工工步三示意圖▲圖6 控制閥閥體加工工步四示意圖

單件流U形布局在機加工領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。單件流根據(jù)標準流程和生產(chǎn)工藝的先后順序,安排好各工序的人員、設(shè)備及工裝,各工序節(jié)拍趨于均衡,各工序按節(jié)拍生產(chǎn),機加工產(chǎn)品單件流動,以達到減少在制品庫存、減少轉(zhuǎn)運消耗、縮短生產(chǎn)周期、提高加工效率的目的。

圖8所示為一款圓閥體零件,圖9所示為該閥體毛坯,圖10所示為該閥體尺寸,圖11所示為單件流U形布局設(shè)備。該閥體具體加工工步見表3,采用單件流U形布局,一人操作兩臺數(shù)控車床、一臺專機、兩臺鉆床,產(chǎn)品節(jié)拍為58 s。從毛坯到成品由一人完成,生產(chǎn)效率大大提高。

▲圖7 控制閥閥體加工工步五示意圖

表3 圓閥體加工工步

3 減少機加工過程能力損耗

提高設(shè)備機加工效率,需要減少機加工過程能力損耗。對于設(shè)備故障造成的停機,要加強設(shè)備預(yù)防性與預(yù)見性維護工作,做到零故障停機。設(shè)備頻繁換型、生產(chǎn)線不平衡、換班、員工離崗等會造成設(shè)備工時損失。材料、物料供應(yīng)不及時,會造成短時間生產(chǎn)中斷。設(shè)備老化或維護保養(yǎng)不到位,會造成速度減慢。過程缺陷會造成質(zhì)量異常,產(chǎn)生次品或報廢品等，帶來設(shè)備工時損失?？梢?，減少過程能力損失是提高設(shè)備效率的關(guān)鍵。

▲圖8 圓閥體▲圖9 圓閥體毛坯▲圖10 圓閥體尺寸▲圖11 單件流U形布局設(shè)備

在機加工中，需要縮短機加工換型時間。換型時間指模具、工裝及刀具更換時間,換型時間長短直接影響機加工的效率。為縮短換型時間,換型前需做好充分的準備工作。設(shè)備未停下時,把需要換型的模具、工裝、刀具、工具、材料、輔料等準備好,然后在設(shè)備停下后按標準換型流程撤卸舊模具、工裝及刀具,更換新模具、工裝及刀具。設(shè)備一旦重新運轉(zhuǎn),則馬上移走撤下的模具、工裝、刀具、工具及不用的物料等。根據(jù)工作經(jīng)驗,實現(xiàn)快速換型的主要方法有換型動作標準化，使用快速緊固件，利用機械的自動換型方式，使用專用換型輔助工具，推行換型并行作業(yè)，換型前充分做好準備工作等。

換型頻次也直接影響機加工的效率,所以安排生產(chǎn)計劃時,要充分考慮減少換型頻次。

4 機加工管理優(yōu)化和提升

管理是提高效率的基礎(chǔ),機加工管理優(yōu)化與提升,目的是提高機加工效率,降低生產(chǎn)成本。

現(xiàn)場浪費直接影響機加工效率,主要包括等待浪費、搬運浪費、動作浪費、加工浪費、不良品浪費、生產(chǎn)過多浪費、庫存浪費、管理浪費等。精益生產(chǎn)的目的是徹底消除浪費,不同的現(xiàn)場浪費應(yīng)有不同的改善措施,減少現(xiàn)場浪費有利于提高機加工效率。

瓶頸工序決定最大產(chǎn)能,影響生產(chǎn)效率。如果100個環(huán)節(jié)中存在1個效率低下環(huán)節(jié),那么99個環(huán)節(jié)的努力都可能解決不了效率低下的問題?？梢?，抓住瓶頸工序的生產(chǎn)節(jié)拍,持續(xù)改進,是提高效率的基礎(chǔ)。解決瓶頸工序,首先需確認工序瓶頸真正的原因,分清是人員問題、物料問題、設(shè)備問題,還是管理流程問題。如果是人員問題,那么可通過換崗、增加人員、培訓(xùn)提升人員技能等方式改善。如果是物料問題,那么可通過加強物料管控、增加物料供應(yīng)進行改善。如果是設(shè)備問題,那么可通過優(yōu)化改造設(shè)備、自制設(shè)備或外購設(shè)備進行改善；如果是管理流程問題,那么可通過優(yōu)化流程、監(jiān)督與控制關(guān)鍵點等進行改善。解決瓶頸工序,也可通過延長工作時間、增加生產(chǎn)班次、外協(xié)、外包、直接外部采購等方式進行改善。

減少品質(zhì)異常,零部件一次加工合格,避免返工返修與報廢,進而避免加工工時損失。減少品質(zhì)異常的方法主要有制度流程建設(shè)、標準化管理、穩(wěn)定人員、運用品質(zhì)管控手法、現(xiàn)場5S(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng))推動、過程和細節(jié)管控、機器設(shè)備維護與保養(yǎng)、選擇穩(wěn)定供應(yīng)商、強有力的品管執(zhí)行力、員工教育與培訓(xùn)、品質(zhì)改善活動等。

充分的產(chǎn)前準備有利于提高效率。產(chǎn)前準備可以防患于未然,具體包括人員準備、物料準備、設(shè)備準備、工藝準備、工裝準備、作業(yè)標準準備、生產(chǎn)環(huán)境準備、檢測方法準備等。機加工生產(chǎn)前,人、物、機、法、環(huán)、測六要素是否到位與成熟,要進行驗證、檢查與確認,避免生產(chǎn)過程中有要素不到位或不成熟，產(chǎn)生阻礙,出現(xiàn)生產(chǎn)問題、質(zhì)量問題或其它問題。生產(chǎn)過程中的任何問題都是影響機加工效率的因素。

標準化作業(yè)有利于提高生產(chǎn)效率。標準化作業(yè)指對生產(chǎn)過程中各要素進行最佳組合,將適合企業(yè)實際的最優(yōu)、最合理、最簡單工作方法，以及運作流程、作業(yè)規(guī)定形成標準化的制度文件,然后按標準化的制度文件執(zhí)行。標準化作業(yè)主要包括三個方面。第一為標準周期時間，即加工一個產(chǎn)品所需的時間,也稱產(chǎn)品節(jié)拍。第二為標準作業(yè)動作、順序與流程，即適合員工的最優(yōu)且最合理的作業(yè)動作、作業(yè)順序與作業(yè)流程。第三為標準在制品庫存控制，即控制在制品庫存于最少數(shù)量范圍內(nèi)。

員工培訓(xùn)與士氣建設(shè)也是提高生產(chǎn)效率的重要因素。通過員工培訓(xùn),可以提高員工的操作能力、分析問題與解決問題能力、品質(zhì)管控能力。強化員工培訓(xùn),改變員工錯誤操作與錯誤認識,減小出錯概率,提高生產(chǎn)效率。員工士氣建設(shè)是團隊建設(shè)的一個方面,企業(yè)可通過尊重員工、用好員工、使員工參與管理、給員工適當激勵、與員工融洽關(guān)系、幫助員工解決工作或生活上的困難、讓員工以愉悅心情投入工作等方式來提高員工士氣。員工士氣的提升,對于產(chǎn)量提升、質(zhì)量保證、效率提升意義重大。

實施有激勵的計件薪酬方案,充分調(diào)動員工的積級性、主動性與創(chuàng)造性,體現(xiàn)不同崗位操作技能與多勞多得。計件薪酬上不封頂,同時相應(yīng)的質(zhì)量考核與執(zhí)行配合到位。班組長工資與所管轄班組合格產(chǎn)量掛鉤,由基本工資與產(chǎn)量工資構(gòu)成。班組長工資同樣實行多勞多得,上不封頂。這種有激勵的計件薪酬方案有利于機加工效率的提高。

5 結(jié)束語

機加工效率提高的方法還有很多,如增大切削用量、加快加工速度、選擇合適工裝夾具與刀具、采用多刀同時加工、減小毛坯加工余量、縮短加工輔助時間、實施機床設(shè)備多臺看管、智能機器人操作、熟練操作工隊伍、建設(shè)良好企業(yè)文化等,這些都有利于機加工效率的提高。

機加工效率的提高,不僅與零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān),而且與機加工工藝、工件材料、加工刀具、加工設(shè)備、模具、工裝、生產(chǎn)自動化及管理文化有關(guān),企業(yè)只有結(jié)合自身的實際,充分利用自身資源,因地制宜制訂適合企業(yè)實際的機加工方案,才能有效提高機加工效率,降低機加工成本。